Probabilidad Simple

Efecto tampón del CO3-2 + HCO3-   en cuerpos de aguas

Las aguas naturales y residuales contienen compuestos que le otorgan una acidez y otros compuestos que le otorgan alcalinidad. La acidez se puede expresar como la cantidad equivalente de carbonato de calcio para neutralizar dicha acidez y   la alcalinidad representa un sistema amortiguador, siendo es la capacidad del agua para neutralizarácidos y protones. Las especies que provocan este efecto en el agua son el producto de disociación del CO2, es decir el HCO3- y CO32-, y también el ión hidroxilo. En aguas dulces estos compuestos se originan generalmente del desgaste y disolución de rocas en la cuenca que contienen carbonatos tales como la piedra caliza, la disolución de esta roca de debe a la presencia de CO2 disuelto en el agua.En aguas marina el CO2 (g) se combina con el agua para producir   ión de bicarbonato y un ión de hidronio. Los iones HCO3- y CO32- representan un indicador para conocer la alcalinidad del agua.

El pH puede calcularse a partir de la definición básica:
(3.116)
Sustituyencio en la ecuación (3.116) [H+] por su valor obtenido de la ecuación (3.112)
(3.117)
se obtiene:
 (3.118)
Haciendo logl/K1 = pK1:
 (3.119)
Para una temperatura establecida (K1 fijo) y un pH determinado, la relación [HCO-3]/[H2CO3] se puede calcular a partir de la ecuación (3.119) para el caso de aguas residuales en las cuales el efecto tampón es debido a las reacciones del carbonato.

Para muchas aguas residuales cuyo potencial tampón está basado en la reacción del carbonato, el pH está comprendido entre 6,5 y8,5. Es importante para calcular el cambio del pH que resulta de la adición de un ácido (o de una base). Este es el problema que se presenta cuando un agua residual ácida o básica se descarga en la alcantarilla. Debido a que las aguas residuales domésticas, o aguas negras, contienen una solución tampón, su pH es mucho menos sensible a la adición del ácido (o de la base) que lo que se podría esperaren una solución no tamponada. Una cantidad ß denominada intensidad tampón se define como el número de moles de H+ (u OH-) que se requieren para cambiar el pH de un litro de la solución en una unidad. La revisión de la curva de neutralización tipica (fig. 3.47) nos indica que ß es función del pH. Realmente, para una determinada adición de H+ (u OH-) hay un mayor cambio de pH en las cercanías delpunto de neutralización (pH = 7,0). Por lo tanto, el valor de ß se escribe generalmente en forma diferencial:
(3.120)
donde:
ß = intensidad tampón

dA/d(pH) = moles de ácido (moles de H+) que se necesitan para producir un cambio de d(pH). El signo negativo indica que el pH disminuye con la adición del ácido.

dB/d(pH) = moles de base (moles de OH-) que se necesitan para producir un cambio ded(pH). El signo positivo indica que el pH aumenta con la adición de la base.
Para el caso de la adición de un ácido (o una base) a un agua residual tampón, y teniendo en cuenta que existe una amortiguación de los cambios de pH, la ecuación (3.120) se puede escribir utilizando diferencias finitas en lugar de diferenciales:
 (3.121)
o
 (3.122)
Para el caso de la adición de un ácido fuerte a lasolución tamponada de carbonato, Weber y Stumm [15] encontraron que puede calcularse a partir de:
(3.123)
donde
(3.124)
En las ecuaciones (3.123) y (3.124):
ß = Intensidad tampón: equivalentes/unidad de pH.

K1, K2 = Constantes de equilibrio definidas por las ecuaciones (3.112) y (3.113). El efecto de la temperatura viene dado por las ecuaciones (3.114) y (3.115).
[H+] = concentración deprotones para la solución tamponada con carbonato, antes de la adición del ácido, calculada a partir de la ecuación (3.116) como:
 (3.125)
[OH-] = concentración de iones hidroxilo para la solución tamponada con carbonato, antes de la adición del ácido. Teniendo en cuenta que para una solución acuosa:
 (3.126)
tendremos:
 (3.127)
[Alc] = Alcalinidad total (equivalentes/litro), que se define...